"LA MECNICA DE ROCAS Y SU APLICACINEN EL DISEO DE EXCAVACIONES
SUBTERRNEAS"
Parte 1
DESCRIPCIN DEL CURSO
El curso de Mecnica de Rocas constituye una parte fundamental en el diseo de estructuras construidas sobre y dentro del macizo rocoso.
La primera parte del curso presenta los conceptos bsicos en los que se basa la Mecnica de Rocas y que se aplican tanto a la minera como a la construccin civil.
La aplicacin de los fundamentos de Mecnica de Rocas en el diseo de excavaciones subterrneas y del diseo del sostenimiento se presenta en la segunda parte del curso.
El curso es complementado con sesiones de laboratorio donde se demuestra cmo se obtienen las propiedades fsicas y mecnicas de las rocas.
OBJETIVOS
Aplicar los fundamentos tericos de la Mecnica de Materiales al caso particular de medios rocosos en los que se practican excavaciones subterrneas.
Se trata de identificar y explicar los conceptos bsicos sobre los que se fundamenta la Mecnica de Rocas.
Se inicia desde la recoleccin de informacin geolgica geotcnica, para as caracterizar al macizo, la determinacin de sus propiedades fsicas y mecnicas y los conceptos de esfuerzos in-situ e inducidos.
Con la informacin recopilada es posible construir los modelos geomecnicos sobre los cuales se basa el diseo de los diversos tipos de excavaciones practicadas en el macizo rocoso.
PROGRAMA
1.0 Introduccin: La Roca como material de ingeniera Conceptos y definiciones de roca y macizo
rocoso. Tipos de excavaciones subterrneas. Planeamiento de diseo de excavaciones
subterrneas.
Mecnica de Rocas
La mecnica de rocas es la ciencia, terica y aplicada, del comportamiento mecnico de las rocas y del macizo rocoso.
Es aquella parte de la mecnica que estudia la reaccin de la roca y del macizo rocoso a los cambios de esfuerzos presentes en su ambiente fsico.
Geomecnica
Es una disciplina ms amplia que estudia la reaccin a los cambios de esfuerzos de todos los materiales geolgicos, incluyendo los suelos
Es la disciplina que integra a la ingeniera geolgica, mecnica de rocas y mecnica de suelos.
Geotecnia
Conceptos y definiciones de roca y macizo rocoso
Tipos de excavaciones subterrneas
Por su uso Minero Construccin Civil
Por su duracin Temporal Permanente
Planeamiento de diseo de excavaciones subterrneas
2.0 Recoleccin de Informacin Geolgica y Geotcnica
La recoleccin de informacin geolgica geotcnica.
Mtodos de investigacin geolgica de campo su procesamiento e interpretacin y su empleo en el diseo de excavaciones subterrneas.
La recoleccin de informacin geolgica geotcnica
Geologa regional y local Geomorfologa Hidrogeologa Geologa Estructural
Investigacin geolgica de campo
Mapeo de Lnea de Detalle Mapeo de Celdas Mapeo de Arco Rebatido
3.0 Propiedades Fsicas y Mecnicas y Comportamiento de la Roca y el Macizo Rocoso
Ensayos de laboratorio Ensayos de campo Resistencia del macizo rocoso.
Propiedades Fsicas Contenido de agua o humedad w = Ww x 100 (%)
Ws Grado de saturacin S = Vw x 100 (%)
Vv Porosidad n = Vv (%)
V Relacin de vacos e = Vv
Vs Peso especfico = W = (Ws + Ww) (kg/m3)
V V Peso especfico seco d = Ws (kg/m3)
V Peso especfico de slidos s = Ws (kg/m3)
Vs
Propiedades Fsicas- Reflejan la estructura interna de las rocas- Relaciones volumtricas y gravimtricas - Las ms importantes: porosidad y peso
especfico- La presencia de poros en la estructura de la
roca es un indicador de baja resistencia y alta deformacin.
- Generalmente altos valores de densidad concuerdan con bajos valores de porosidad
Permeabilidad La mayor o menor capacidad con que el agua
fluye a travs de la roca Esta facilidad depende a su vez de las
propiedades fsicas de la roca Entonces nos indica el grado de interconexin
entre los poros y discontinuidades de la roca.Q = v = k i A
v: velocidadk: coeficiente de permeabilidadi: gradiente hidrulico
Propiedades MecnicasRESISTENCIA A LA COMPRESIN (c)
c = P A
P: fuerza aplicada en la rocaA: rea sobre la cual es
aplicada la fuerza P
UNIDADES DE MEDIDA
( Kg/cm ) ( Ton/m ) ( MPa )
P(+)
P(+)
A
Propiedades MecnicasRESISTENCIA A LA TRACCIN (t) t = P / A UNIDADES DE MEDIDA
( Kg/cm ) ( Ton/m ) ( MPa )
P(-)
P(-)
A
Propiedades Mecnicas MODULO DE YOUNG (E):
Constante de proporcionalidad representa la rigidez del material. E = c
yUNIDAD DE MEDIDA : ( Kg/cm )
(MPa)
MODULO DE POISSON () :Relacin entre deformacin radial y deformacin axial.
= x y
UNIDAD DE MEDIDA : adimensional
E
v
Propiedades Mecnicas
CORTEEsfuerzo generalmente aplicado sobre discontinuidades
ANGULO DE FRICCIONEl ngulo que acta sobre las discontinuidades y hace que permanezcan sin desplazarse
Ensayos de Laboratorio
Las propiedades obtenidas en el laboratorio dependen de las condiciones en las que se realiza el ensayo
Por esta razn los ensayos se realizan siguiendo normas: ASTM
ISRM
Ensayos de Laboratorio
Compresin Simple Traccin Directa Traccin Indirecta Carga Puntual Corte Directo Compresin Triaxial
Propiedades Elsticas ( E , )
Ensayo de Compresin Simple
El testigo debe cumplir con las siguientes caractersticas:
Testigos cilndricos con relacin L/D = 2 Bases paralelas entre s y perpendiculares
al eje del cilindro Superficies pulidas y sin recubrimientos
Ensayo de Compresin Simple
El ensayo consiste en aplicar una carga de compresin en forma continua y constante sobre un testigo cilndrico de dimetro D hasta producir su ruptura.
= P / A A = D
4
Ensayo de traccin directa La probeta es
adherida en ambos extremos a bases metlicas mediante resina.
El ensayo consiste en aplicar una carga de traccin continua y constante sobre la probeta hasta producir su ruptura.
t = P / A
P(-)
P(-)
Ensayo de Traccin Indirecta o Brasilero
Los testigos son discos de roca cortados con una relacin L/D de 0.5
Se determina la resistencia a la traccin aplicando una carga de compresin sobre el dimetro de un disco de roca.
Resulta una alternativa al ensayo de traccin directa.
Ensayo de Traccin Indirecta o Brasilero
t = 2 PLD
donde:P: carga de ruptura D: dimetro del
disco de roca L: espesor del disco
de roca
Carga Puntual
Los testigo requieren de poca preparacin.
Se obtiene el ndice de Resistencia (I 50 )
Se usa para estimar la resistencia a la compresin uniaxial
c = 24 I 50 Es usado tambin en
campo
Ensayo de Corte Directo
Se ejecuta con la caja de ensayo porttil de Hoek.
Tiene como finalidad encontrar el valor del ngulo de friccin residual (r) en discontinuidades.
Compresin Triaxial Determinar el esfuerzo
de compresin de un testigo cilndrico sometido a una presin de confinamiento
Los valores de 1 y 3encontrados en el ensayo nos permiten determinar crculos de Mohr.
Ensayo de Propiedades Elsticas
Se instalan estampillas elctricas (strain gages) sobre la superficie cilndrica del testigo como sensores de la deformacin axial y diametral
Durante el ensayo se registra la carga de compresin, la deformacin axial y diametral experimentada por la probeta mediante un software
Ensayo de Propiedades Elsticas
Determinar el Modulo de Young y la relacin de Poisson a partir de un ensayo de compresin simple
Se mide la deformacin axial y transversal de la roca mediante strain gages.